В своем большинстве, обрабатывающий центр с ЧПУ в стандартной комплектации, уже имеют возможность выполнять фрезерные, сверлильные, расточные работы. Если же требуется расширить технологические возможности станка для решения нестандартных производственных задач, то необходимо опциональное дооснащение фрезерного центра.
Такие дополнительные элементы, как круглые поворотные и наклонно-поворотные столы являются одними из самых популярных опций для фрезерных станков и обрабатывающих центров по металлу. Данная опция позволяет производить максимальный объем обработки заготовки за одну установку.
Обычно обрабатывающие центры уже оснащены тремя осями, а также имеют возможность для подключения четвертой оси. Поэтому вы в любой момент можете купить поворотный стол и произвести его установку. Поворотные столы устанавливаются прямо на рабочий стол 3-х осевого обрабатывающего центра.
Обрабатываемая деталь может закрепляться на поворотном столе с помощью прижимов вставленных в Т-образные пазы, либо трехкулачкового патрона. В результате, обработка производится с 4-х сторон, необработанной остается лишь область крепления детали к поворотному столу и бабке.
Диаметр планшайбы поворотного стола, к которому будет крепится обрабатываемая деталь или оснастка считается основным параметром, определяющая функционал поворотного стола. Поворот осуществляется на запрограммированный угол.
Механическая задняя бабка и бабка дискового типа служат отличным дополнением к четвертой оси предоставляющая технологическую возможность обработки заготовок типа вал. В процессе обработки заготовок большой длины задняя бабка повышает жесткость всей системы.
Поворотные устройства в зависимости от конструктивного выполнения позволяют применить позиционный метод обработки, т. е. возможность обработать различные поверхности заготовки в разных ее положениях относительно шпинделя станка (фрезы) при одном закреплении и обработку с круговой подачей при непрерывном вращении заготовки.
В первом случае они называются делительными или позиционными, во втором - поворотными. Для мелкосерийного производства поворотные устройства выполняют универсальными, т. е. допускающими оба случая применения.
Различают два основных типа устройства для поворота заготовки вокруг вертикальной оси (делительные и поворотные столы) и горизонтальной оси (делительные головки).
Наклонно поворотный стол обрабатывающего центра с ЧПУ
Согласно конструкции устройства, наклонно-поворотный стол фрезерного станка имеет две оси работа которых программируется на ЧПУ обрабатывающего центра. Один привод выполняет наклон планшайбы, а второй - ее поворот. В итоге получаем 5 управляемых осей фрезерного центра и 4 оси которые перемещаются одновременно. Для выполнения любых вариантов одновременного перемещения осей необходимы три линейных оси XYZ, поворотная ось A и наклонная ось С.
При жестких требованиях взаимного расположения отверстий и поверхностей детали, сведение к минимуму количества переустановок детали значительно сокращает количество возможных ошибок, уменьшает человеческий фактор и уменьшает время обработки.
В результате, сокращается количество используемых крепежных приспособлений, значительно увеличивается точность обработки заготовки и общая производительность.
Применение поворотных столов и делительных приспособлений
Один из эффективных путей повышения производительности - совмещение времени на установку и закрепление заготовки на станке с машинным временем. Эта задача решается с помощью оборудования обрабатывающего центра одним или несколькими поворотными столами. Заготовки устанавливают последовательно на противолежащих сторонах стола. Пока выполняется обработка одной из заготовок, вторую, уже обработанную, снимают и заменяют следующей. Поворотный стол можно использовать и по-другому: устанавливать одну заготовку в центре стола. Тогда на обрабатывающем центре горизонтального типа можно за счет последовательного поворота стола на 90° обработать заготовку с четырех сторон. В этом случае для смены заготовок станок приходится останавливать, но достигается сокращение вспомогательного времени за счет уменьшения общего числа переустановок заготовки. В связи с этим возникает вопрос: нельзя ли совместить достоинства обоих способов применения поворотного стола. Оказывается, можно. Для этого на некоторых горизонтальных обрабатывающих центрах устанавливают прямоугольный стол со встроенными в него двумя поворотными столами (рис. 1). Загрузку или разгрузку одного из столов (например, A) выполняют во время обработки заготовки, закрепленной на втором столе (Б). Такая компоновка допускает, при необходимости, вести обработку неподвижно закрепляемых крупных заготовок, занимающих всю площадь прямоугольного стола. Базовые поверхности поворотных столов находятся в одной плоскости с ним и потому не мешают такой установке. Один из встречных поворотных столов может иметь механизм периодического поворота, предназначенный для последовательной позиционной обработки заготовки с нескольких сторон, а второй стол может поворачиваться непрерывно, в том числе по сложной программе. Это удобно для обработки цилиндрических и сложных криволинейных поверхностей, круговых пазов и т.п. Основной, прямоугольный стол станка вместе с поворотными имеет подачу вдоль оси Х.
Рис. 1. Прямоугольный стол с двумя встроенными поворотными столами
Если обрабатывающий центр предназначен для обработки крупных тяжелых заготовок, их устанавливают на массивный неподвижный или поворотный стол прямоугольной или квадратной формы. Все перемещения вдоль координатных осей задают стойке, салазкам (саням) и шпиндельной бабке станка.
На поворотном столе горизонтального обрабатывающего центра можно обработать не только корпусные, но и плоскостные детали. Для этого используют базовые коробки (рис. 2) с точно обработанными противолежащими плоскостями и сеткой Т-образных пазов или точных базовых отверстий для постановки опорных и зажимных элементов. Базовая коробка точно ориентируется и надежно закрепляется на столе станка. К ее вертикальным плоскостям закрепляют заготовки. Во время обработки заготовки Б другая заготовка А устанавливается и закрепляется или снимается после окончания обработки.
Рис. 2. Размещение заготовок на базовой коробке
При обработке крупных, длиной в несколько метров, корпусов мощных многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания эффективна установка заготовки с предварительно обработанными левым и правым торцами в двух массивных делительных бабках (рис, 3, а). Поворачивая заготовку относительно горизонтальной оси, можно обрабатывать большинство поверхностей такой чрезвычайно сложной и ответственной детали. Для переналадки на другой типоразмер двигателя правая делительная бабка может передвигаться по направляющим (на рисунке показано прерывистой стрелкой).
Установка делительного приспособления с горизонтальной осью поворота на вертикальном обрабатывающем центре (рис. 3, б) является единственным средством, позволяющим обработать корпусную заготовку с двух - четырех сторон без переустановки. Для увеличения жесткости приспособления используют дополнительную опору в виде задней бабки (рис. 3, в), если это позволяет конфигурация заготовки.
Для изготовления деталей, наиболее сложных по конфигурации и взаимному расположению обрабатываемых поверхностей, на некоторых обрабатывающих центрах применяют столы с несколькими осями поворота. Закрепив заготовку на таком столе, можно придать ей любое нужное положение по отношению к шпинделю станка. Такой стол встраивают в станок или устанавливают на основной стол, имеющий прямолинейные перемещения. Возможность поворота заготовки относительно двух взаимно перпендикулярных осей может быть достигнута также с помощью двух поворотных столов. Заготовку закрепляют на столе с горизонтальной осью поворота, а стол - на планшайбе второго стола, поворачивающегося относительно вертикальной оси. Общий недостаток таких устройств - сложность конструкций и трудности обеспечения высокой жесткости технологической системы.
Рис. 3. Применение делительных приспособлений с горизонтальной осью поворота на горизонтальном (а) и вертикальном (б, в) обрабатывающих центрах
Нормализованные поворотные столы станка
Прямоугольный поворотный стол, называемый обычно двухпозиционным, применяется при обработке деталей с продольной подачей. Два рабочих приспособления устанавливаются на концах стола и работают поочередно (см. рис. 1, Производительность фрезерных станков с ЧПУ). Поворот стола на каждую позицию производится рукояткой.
Прямоугольные поворотные (двухпозиционные) столы нормализованы по МН 3139-62 для трех размеров рабочей поверхности стола, а именно 250x630 мм; 320x800 мм и 400х1000 мм. Рабочие чертежи на эти столы разработаны Всесоюзным проектно-технологическим институтом (ВПТИ) тяжелого машиностроения СССР.
Круглые поворотные столы применяют для поворота на определенный угол и для непрерывного вращательного движения при фрезеровании с круговой подачей. Различают круглые поворотные столы с ручным и механическим приводом. Конструкции их диаметром от 160 до 1250 мм стандартизированы.
Рис. 4. Столы поворотные круглые диаметром 160-320 мм с ручным приводом (по HM 1059-60)
На рис. 4 приводятся круглые поворотные столы диаметром 160, 200, 250 и 320 мм с ручным приводом, а на рис. 5 - диаметром 320, 400, 500 и 630 мм с механическим.
Рис. 5. Столы поворотные круглые, диаметром 320-630 мм, с ручным и механическим приводом (по HM 1060-60)
На рис. 6 приводится схема присоединения поворотного стола к механическому приводу фрезерных станков мод. 6Н81, 6Н82, 6Н83, 6Н82Ш и 6Н83Ш, а на рис. 7 - пример наладки поворотного стола для непрерывного фрезерования.
Рис. 6. Схема присоединения механического привода от фрезерного станка к поворотному круглому столу
Круглые столы, применяемые для деления, имеют механизмы для фиксирования и крепления поворотного диска. Делительный диск выполняется обычно с 3, 4, 6, 8 и 12 гнездами под фиксатор.
Рис. 7. Пример наладки поворотного круглого стола для непрерывного фрезерования
Столы могут изготовляться с двумя фиксаторами, расположенными на разных радиусах, что позволяет производить на одном столе разную индексацию. В круглых столах, применяемых для непрерывного фрезерования, фиксатор может отсутствовать.
На рис. 8 дана схема фрезерования четырех квадратных заготовок А, Б, В и Г, установленных в зажимных приспособлениях на круглом поворотном столе, настроенном на четырехпозиционное индексирование (поворот на 90°). Фрезерование производят набором из четырех дисковых двусторонних фрез 1, 2, 3 и 4. Фрезы 1 и 2 обрабатывают одновременно две стороны квадрата заготовки A, а фрезы 3 и 4 - две стороны квадрата заготовки Б. После вывода фрез стол индексируют (поворачивают) на 90°. При этом заготовка Б перемещается в новое положение и становится в позицию для фрезерования двух других сторон квадрата фрезами 1 и 2, а фрезы 3 и 4 фрезеруют две стороны квадрата заготовки В.
Затем после вывода фрез при следующем индексировании на 90° заготовка В становится на место заготовки Б и фрезы 1 и 2 фрезеруют две другие стороны квадрата. После третьего индексирования заготовка, будучи обработана по всем четырем граням, поворачивается на четвертую позицию и может быть снята и заменена новой. В дальнейшем после каждого индексирования снимается одна готовая деталь и устанавливается новая заготовка.
Рис. 8. Схема четырехпозиционного фрезерования на поворотном круглом столе
Механизация поворотных столов
Всесоюзным проектно-технологическим институтом (ВПТИ) тяжелого машиностроения разработаны нормали и рабочие чертежи на круглые столы с встроенным пневмозажимом. В таблице на рис. 9 приведены основные технические данные этих столов.
В этих столах механизирован зажим заготовок как в установочно-зажимных приспособлениях, так и непосредственно на столе при помощи пневматики.
Дальнейшим этапом механизации является механизация поворота и фиксации в заданном положении планшайбы круглого поворотного стола. Для этого применяют пневматический, пневмогидравлический, гидравлический и электрический приводы. Различают частичную и полную автоматизацию цикла работы поворотного стола.
В полуавтоматических поворотных столах автоматически выполняется следующий цикл: расфиксация, поворот планшайбы, фиксация, закрепление планшайбы. Функции рабочего сводятся к установке и снятию обрабатываемых деталей и включению привода на автоматическое выполнение цикла. Включение производится с помощью муфты включения, кнопочного контактора или распределительного крана (пневматического, гидравлического) в зависимости от типа привода.
Рис. 9. Основные технические данные круглых столов с пневмозажимом
На рис. 10 приведена схема круглого поворотного стола с пневматическим приводом конструкции Киевского мотоциклетного завода. В корпусе 1 закреплена ось 2, на которой вращается планшайба 6, жестко соединенная с делительным диском 7 и храповиком 3. Число зубьев храповика 3 и количество пазов в диске 7 соответствуют числу позиций поворота (индексирования) стола. КЕНТА. Внутри корпуса 1 перемещается кольцо 4, связанное со штоком пневматического цилиндра 11. На кольце закреплены собачка 12, поджатая пружиной 13, и фиксатор 5. Управление пневмоцилиндром осуществляется от распределительного крана, сблокированного с механизмом перемещения стола станка. По окончании рабочего хода стола срабатывает рукоятка крана и включается подача воздуха. При подаче воздуха (по стрелке А) поршень 10 перемещает кольцо 4 влево и выводит фиксатор 5. При обратном ходе стола распределительный кран переключает подачу воздуха и он поступает в левую полость цилиндра, кольцо 4 перемещается вправо, и фиксатор 5, заскакивая в очередной паз диска 7, фиксирует положение планшайбы 6. Контакты 8 и 9 служат для остановки станка после полной обработки детали.
Рис. 10. Схема круглого поворотного стола с пневмоприводом
На рис. 11 показан в разрезе круглый поворотный стол с гидравлическим приводом. В корпусе 1 стола в горизонтальном положении установлен гидроцилиндр (невидимый на чертеже), шток 2 которого выполнен в виде цилиндрической рейки, сцепленной с зубчатым колесом 3. Колесо 3 свободно посажено на валике 4, но с помощью обгонной муфты 5 оно вращает его при рабочем ходе штока. Вместе с валиком 4 вращается зубчатое колесо 6, сцепленное с колесом 7, установленным на планшайбе 8.
Фиксация планшайбы 8 после поворота осуществляется фиксатором 9, управляемым гидроцилиндром 10 двойного действия. Одновременно шток этого гидроцилиндра связан с рычагом 11 подъема и зажима планшайбы 8 посредством тяги 12.
Перед началом очередного цикла поворота планшайбы вручную или автоматически с помощью упора на столе станка производится переключение распределительного крана (золотника) и масло поступает в гидроцилиндр, перемещая шток 2 в обратном направлении без поворота планшайбы (при выключенной обгонной муфте). При дальнейшем движении штока 2 он переключает золотник питания гидроцилиндра 10, в результате чего происходит вывод из гнезда фиксатора 9 с одновременным подъемом планшайбы 8 рычагом 11 планшайба освобождена от фиксатора и готова к индексации.
В крайнем положении обратного хода штока 2 масло подается в другую полость цилиндра, и шток 2 совершает рабочий ход, осуществляя поворот планшайбы 8 через обгонную муфту 5, валик 4, зубчатые колеса 6 и 7.
В конечном положении рабочего хода шток 2 снова переключает золотник питания гидроцилиндра 10 теперь уже на подъем (включение) фиксатора и поджим планшайбы тягой 12 и остается в этом положении до конца обработки детали на данной позиции.
Угол поворота планшайбы устанавливается посредством ограничителя хода штока 2.
Рис. 11. Схема круглого поворотного стола с гидроприводом
В автоматизированных поворотных столах к циклу добавляется еще автоматизация крепления (поджим) заготовки к горизонтальной базовой поверхности, роль которой выполняет либо верхняя (рабочая) плоскость стола, либо устанавливаемые на нее сменные базовые элементы наладки. Отечественной промышленностью выпускаются круглые делительные столы УПГ-4 и УПГ-31 и с круговой подачей УПГ-5.
На рис. 12, а изображен делительный стол УПГ-4 с диаметром планшайбы 350 мм, который, как и подобный ему стол УПГ-31 (с диаметром планшайбы 270 мм), допускает деление на 2, 3, 4, 6, 8 и 12 равных частей. На планшайбу по точным пазам и центральному отверстию устанавливаются сменные наладки и обрабатываемые детали. Внутри стола встроен пневматический диафрагменный привод, к штоку которого присоединяются зажимные элементы сменных наладок. Закрепление заготовок производится перемещением штока вниз или вверх под действием сжатого воздуха, направляемого распределительным пневматическим краном в верхнюю или нижнюю полость привода. Усилие на штоке привода может изменяться при помощи регулятора зажимного усилия УПГ-18 в пределах 200-400 кг для стола УПГ-4 и в пределах 100-500 кг у стола УПГ-31. Механизм деления у этих столов ручной, сблокированный с механизмом закрепления поворотной части.
Поворотный стол с круговой подачей УПГ-5 (рис. 12, б) с диаметром планшайбы 375 мм имеет пневматический зажим, который действует подобно рассмотренному в столах УПГ-4 и УПГ-31, и, кроме того, пневматический привод вращения стола. В случае необходимости автоматического выключения круговой подачи предусмотрены кулачки, переставляемые по круговому пазу планшайбы. Для ручного вращения имеется маховичок. Угол поворота отсчитывается по шкале на столе; более точный отсчет ведется по лимбу на маховичке ручного вращения. Усилие на штоке регулируется в пределах 300-1500 кг при помощи регулятора УПГ-18.
Рис. 12. Поворотные круглые столы с пневмоприводом: а - делительный стол УПГ-4; б - стол с круговой подачей
В крупносерийном и массовом производствах применяют ряд индексирующих приспособлений, специально спроектированных для рациональной обработки самых разнообразных деталей. Основной задачей этих приспособлений является не только обеспечение правильного положения детали относительно фрезы при надежном зажиме обрабатываемых деталей, но и механизация зажима, раскрепления и подачи деталей. В наиболее рационально спроектированных приспособлениях эти приемы автоматизированы, а подача деталей под фрезу сделана непрерывной. Такие приспособления совместно со станком работают как полуавтоматические станки.
На рис. 13 показано приспособление непрерывного фрезерования шлицев в корончатых гайках на горизонтально-фрезерном станке при прямолинейной продольной подаче с индексированием на 60° в процессе работы, применяемое на автозаводе им. Лихачева, на Московском заводе малолитражных автомобилей и др.
Приспособление имеет корпус 6, в который вмонтирована бесконечная цепь 5, несущая установочные гнезда 4 для обрабатываемых гаек. Гнезда имеют прорези для прохода инструмента. При поступательном движении цепи гнезда своими прорезями дважды цепляются за неподвижные упоры 2 и поворачиваются около вертикальной оси. Поворот гнезда происходит в промежутке между тремя последовательно расположенными фрезами, закрепленными в трехшпиндельной головке 3. Угол поворота гнезда равен 60° и соответствует углу взаимного расположения шлицев в корончатых гайках. Зажим гайки во время фрезерования производится пружинным упором 1. Головка з приводится в действие от рабочего шпинделя станка, а приспособление - от механизма подачи стола через шарнирную передачу. Включение подающего механизма производится рычагом 7.
Рис. 13. Приспособление для непрерывного фрезерования шлицев в корончатых гайках с индексированием в процессе работы
